CN209766256U - 电极及应用其的超级电容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电极，包括层叠设置的第一泡沫金属层、石墨烯和第二泡沫金属层，其中，石墨烯面积小于第一泡沫金属层面积及第二泡沫金属层面积；第一泡沫金属层与石墨烯、石墨烯与第二泡沫金属层及第一泡沫金属层与第二泡沫金属层之间通过施加压力后嵌合连接。本实用新型通过将石墨烯转移并嵌合至泡沫金属层的方法实现对电极强化，能够有效降低激光诱导方法制备的石墨烯超级电容器的内阻，提高其功率性能。

Description

电极及应用其的超级电容器

技术领域

本实用新型涉及电容器技术领域，具体地，本实用新型涉及一种电极及应用该电极的超级电容器。

背景技术

石墨烯超级电容器利用石墨烯独特的二维结构和出色的物理特性，如具有优异的导电性、柔韧性、力学性能和很大的比表面积，在超级电容器中的应用具有极大的潜力。

石墨烯的制备方法如机械剥离法、单晶金属的气相化学沉积法、氧化石墨还原法等，主要依赖于液相组装法，其生产成本高、加工效率低，不利于大规模制备与应用。目前激光诱导法制备的石墨烯微型超级电容器由于其制备工艺及设备简单引起了越来越多人的重视。但由于激光诱导方法制备的石墨烯电极材料的内部蓬松结构，导致制备的超级电容器的内阻偏大，因而，使得其在功率性器件的应用中受到了极大的限制。目前，还没有能够解决因激光诱导方法制备的石墨烯电极材料内部蓬松结构导致应用其的超级电容器内阻偏大的有效方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种电极及应用该电极的超级电容器，用以解决现有技术中激光诱导方法制备的石墨烯电极材料内部蓬松结构导致其超级电容器内阻偏大的问题。

本实用新型提供了一种电极，包括层叠设置的第一泡沫金属层、石墨烯和第二泡沫金属层；其中，

石墨烯面积小于第一泡沫金属层面积及第二泡沫金属层面积；

第一泡沫金属层与石墨烯、石墨烯与第二泡沫金属层及第一泡沫金属层与第二泡沫金属层之间通过施加压力后嵌合连接。

另一方面，本实用新型提供了一种超级电容器，包括上述的电极。

本实用新型的技术方案具有如下有益效果：

(1)本实用新型提供的电极是在激光诱导方法制备石墨烯的基础上，通过施加压力将石墨烯由聚合物基底转移至泡沫金属表面，强化石墨烯内部之间的接触，实现了对电极结构的强化。

(2)应用本实用新型的电极的超级电容器，能够有效地降低采用激光诱导方法制备的石墨烯超级电容器的内阻，提高其功率性能。

附图说明

图1是本实用新型提供的实施例一中电极结构示意图；

图2是本实用新型提供的实施例二中电极的透视图；

图3是本实用新型提供的实施例二中电极的侧视图；

图4本实用新型提供的实施例三中石墨烯转移示意图；

图5是示例4的超级电容器和应用未经过强化的电极的石墨烯超级电容器的内阻测试数据；

图6是示例4的超级电容器的充放电数据；

在图5中，Z’表示阻抗实部，Z”表示阻抗虚部。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。

电极

针对激光诱导方法制备的石墨烯电极材料内部蓬松结构导致其超级电容器内阻偏大的问题，本实用新型提供了一种采用泡沫金属进行强化的电极。下面通过实施例一和实施例二对本实用新型的电极进行详细的介绍。

实施例一

图1是本实用新型提供的实施例一中电极结构示意图，本实用新型的实施例一中的电极包括层叠设置的第一泡沫金属层2、石墨烯1和第二泡沫金属层3；

其中，石墨烯1面积小于第一泡沫金属层2面积及第二泡沫金属层3面积；第一泡沫金属层2与石墨烯1、石墨烯1与第二泡沫金属层3及第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3之间通过施加压力后嵌合连接。

进一步地，石墨烯1采用激光诱导聚合物基底的方法制备得到。其中，聚合物基底可采用聚酰亚胺或聚醚酰亚胺，当然，本领域技术人员还可以选用其它能够作为激光诱导方法制备石墨烯的基底材料，此处不作限定。

进一步地，石墨烯1通过施加压力从聚合物基底表面转移至第一泡沫金属层2上。由于第一泡沫金属层2具有多孔结构，石墨烯1在一定压力作用下能够嵌入到第一泡沫金属层2的多孔结构中并被压实于第一泡沫金属层2上，揭去聚合物基底后石墨烯1与第一泡沫金属层2结合为一体结构；第一泡沫金属层2的厚度也会在施加压力过程中变小，强化石墨烯1内部之间的接触，实现了对电极结构的强化，从而有效解决由于激光诱导方法制备的石墨烯内部结构蓬松，导致应用其的超级电容器内阻偏大的问题。

与石墨烯1嵌合连接之前，第一泡沫金属层2的厚度为1mm至5mm；与石墨烯2嵌合连接之后，第一泡沫金属层2与石墨烯1的厚度之和为0.05～0.5mm。

进一步地，第二泡沫金属层3通过二次施加压力方式嵌合连接在石墨烯1与第一泡沫金属层2上，第二泡沫金属层3不仅能够进一步强化石墨烯1，而且避免石墨烯1从第一泡沫金属层2上脱落，提高整体电极牢固性，延长电极使用寿命。

进一步地，电极中的第一泡沫金属层2可以采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金(如：泡沫镍铬铁合金、泡沫锌铜合金、泡沫镍铜合金、泡沫镍铬钨合金、泡沫镍铁合金)中的任意一种；电极中的第二泡沫金属层3可以采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金(如：泡沫镍铬铁合金、泡沫锌铜合金、泡沫镍铜合金、泡沫镍铬钨合金、泡沫镍铁合金)中的任意一种。电极中的第一泡沫金属层2和第二泡沫金属层3还可以采用除前述材料之外的其它的泡沫金属及其合金，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。

应当注意的是，第一泡沫金属层2采用的材料和第二泡沫金属层3采用的材料可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。

下面以矩形电极为例来说明本实用新型的实施例一中的电极的制作，当然，本领域技术人员还可以根据实际需要选择圆形电极、三角形电极，平行四边形电极、梯形电极等，此处不做限定。为了便于本实用新型的实施例一中的电极的制作，优选电极中的第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3具有相同的长度和宽度。

可选地，第一泡沫金属层2的长度与石墨烯1的长度a之间的关系是：第一泡沫金属层2的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；第二泡沫金属层3的长度与石墨烯1的长度a之间的关系是：第二泡沫金属层3的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；和/或，第一泡沫金属层2的宽度与石墨烯1的宽度b之间的关系是：第一泡沫金属层2的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，优选是(b+4)毫米，其中b＞0；第二泡沫金属层3的宽度与石墨烯1的宽度b之间的关系是：第二泡沫金属层3的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，优选是(b+4)毫米，其中b＞0。此种设置方式保证第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3边缘多出石墨烯1的部分在施加压力过程中可以充分嵌合，避免嵌合后整体电极开裂的问题，提高电极牢固性，延长电极使用寿命。

实施例二

图2是本实用新型提供的实施例二中电极的透视图，图3是本实用新型提供的实施例二中电极的侧视图。如图2和图3所示，在实施例二中，该电极包括层叠设置的第一泡沫金属层2、石墨烯1和第二泡沫金属层3；

其中，石墨烯1面积小于第一泡沫金属层2面积；石墨烯1面积小于第二泡沫金属层3面积；第一泡沫金属层2与石墨烯1、石墨烯1与第二泡沫金属层3及第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3之间通过施加压力后嵌合连接；

在第一泡沫金属2或第二泡沫金属3表面设置极耳4。

进一步地，石墨烯1采用激光诱导聚合物基底的方法制备得到。其中，聚合物基底可采用聚酰亚胺或聚醚酰亚胺，当然，本领域技术人员还可以选用其它能够作为激光诱导方法制备石墨烯的基底材料，此处不作限定。

进一步地，石墨烯1通过施加压力方式从聚合物基底表面转移至第一泡沫金属层2上。由于第一泡沫金属层2具有多孔结构，石墨烯1在一定压力作用下能够嵌入到第一泡沫金属层2的多孔结构中并被压实于第一泡沫金属层2上，揭去聚合物基底后石墨烯1与第一泡沫金属层2结合为一体结构；第一泡沫金属层2的厚度也会在施加压力过程中变小，强化石墨烯1内部之间的接触，实现了对电极结构的强化，从而有效解决由于激光诱导方法制备的石墨烯内部结构蓬松，导致应用其的超级电容器内阻偏大的问题。

与石墨烯1嵌合连接之前，第一泡沫金属层2的厚度为1mm至5mm；与石墨烯2嵌合连接之后，第一泡沫金属层2与石墨烯1的厚度之和为0.05～0.5mm。

进一步地，第二泡沫金属层3通过二次施加压力方式嵌合连接在石墨烯1与第一泡沫金属层2上，第二泡沫金属层3不仅能够进一步强化石墨烯1，而且避免石墨烯1从第一泡沫金属层2上脱落，提高整体电极牢固性，延长电极使用寿命。

进一步地，电极中的第一泡沫金属层2可以采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金(如：泡沫镍铬铁合金、泡沫锌铜合金、泡沫镍铜合金、泡沫镍铬钨合金、泡沫镍铁合金)中的任意一种；电极中的第二泡沫金属层3可以采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金(如：泡沫镍铬铁合金、泡沫锌铜合金、泡沫镍铜合金、泡沫镍铬钨合金、泡沫镍铁合金)中的任意一种。电极中的第一泡沫金属层2和第二泡沫金属层3还可以采用除前述材料之外的其它的泡沫金属及其合金，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。

应当注意的是，第一泡沫金属层2采用的材料和第二泡沫金属层3采用的材料可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。

下面以矩形电极为例来说明本实用新型的实施例二中的电极的制作，当然，本领域技术人员还可以根据实际需要选择圆形电极、三角形电极，平行四边形电极、梯形电极等，此处不做限定。为了便于本实用新型的实施例二中的电极的制作，优选电极中的第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3具有相同的长度和宽度。

可选地，第一泡沫金属层2的长度与石墨烯1的长度a之间的关系是：第一泡沫金属层2的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；第二泡沫金属层3的长度与石墨烯1的长度a之间的关系是：第二泡沫金属层3的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；和/或，第一泡沫金属层2的宽度与石墨烯1的宽度b之间的关系是：第一泡沫金属层2的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，优选是(b+4)毫米，其中b＞0；第二泡沫金属层3的宽度与石墨烯1的宽度b之间的关系是：第二泡沫金属层3的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，优选是(b+4)毫米，其中b＞0，此种设置方式保证第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3边缘多出石墨烯1的部分在施加压力过程中可以充分嵌合，避免嵌合后整体电极开裂的问题，提高电极牢固性，延长电极使用寿命。

可选地，石墨烯1的三条边的边缘分别与第一泡沫金属层2对应三条边的边缘的距离是1mm，石墨烯1另一条边的边缘与第一泡沫金属层2另一条边的边缘的距离是3mm，留有3mm的边使得极耳有足够的设置空间。

进一步地，极耳4作为具有导电作用的接触点，其可以采用具有导电功能的金属或复合金属制成，例如铝、镍、铜镀镍等，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的极耳材料，在此不再赘述。

优选地，极耳4还包括伸出于电极之外的伸长部，更优选地，伸长部上设置有极耳胶5，以便在采用该电极制作超级电容器时对电极进行封装固定。此外，极耳胶5可为现有技术中的极耳胶材料，本领域技术人员可以根据实际需要选择极耳胶的材料，此处不作限定。

电极的制备方法

本实用新型还提供了实施例一和实施例二中的电极的制备方法，为了便于本领域技术人员清楚地理解本实用新型的实施例一和实施例二中的电极的制备方法，下面通过实施例三和实施例四分别对本实用新型的实施例一和实施例二中的电极的制备方法进行详细的介绍。

实施例三

本实用新型的实施例一中的电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101：制备石墨烯1；

步骤S102：根据预设长度和宽度，裁切泡沫金属得到第一泡沫金属层2和第二泡沫金属层3；

步骤S103：在第一泡沫金属层2上嵌合连接石墨烯1；

步骤S104：将第二泡沫金属层3覆盖在步骤(3)得到的嵌合连接有石墨烯1的第一泡沫金属层2表面上，并施加一定压力使石墨烯1与第二泡沫金属层3、第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3嵌合连接在一起。

进一步地，步骤S101具体包括如下步骤：

步骤S1011：清洗聚合物基底。可采用常规方法对聚合物基底进行清洗，例如：使用超声波清洗机对聚合物基底进行清理以便清除其表面的灰尘杂质等。其中，聚合物基底可以采用聚酰亚胺或聚醚酰亚胺等材料，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，在此不做赘述。

步骤S1012：将聚合物基底固定于激光器的激光扫描区域上进行激光诱导，在聚合物基底上形成石墨烯。可选地，激光器的激光功率为2mW至10mW，激光器的扫描速度为1mm/s至5mm/s。

在步骤S102中，以矩形电极为例来说明本实用新型的实施例三中的电极的制作，当然，本领域技术人员还可以根据实际需要选择圆形电极、三角形电极，平行四边形电极、梯形电极等，此处不做限定。为了便于本实用新型的电极的制作，优选第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3具有相同的长度和宽度。

进一步地，在步骤S102中，预设长度和宽度可根据石墨烯1的长度a(a＞0)和宽度b(b＞0)来确定。优选地，预设长度可以是(a+1)毫米至(a+10)毫米，且更优选是(a+2)毫米；预设宽度可以是(b+1)毫米至(b+10)毫米，且更优选是(b+4)毫米。也就是说，第一泡沫金属层2和/或第二泡沫金属层3的长度和宽度可以根据石墨烯1的长度a(a＞0)和宽度b(b＞0)来确定，即第一泡沫金属层2的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；第二泡沫金属层3的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；第一泡沫金属层2的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，优选是(b+4)毫米，其中b＞0；第二泡沫金属层3的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，优选是(b+4)毫米，其中b＞0。此种设置方式保证第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3边缘多出石墨烯1的部分在施加压力过程中可以充分嵌合，避免嵌合后整体电极开裂的问题，提高电极牢固性，延长电极使用寿命。

进一步地，如图4所示，步骤S103具体包括如下步骤：

步骤S1031：将第一泡沫金属层2覆盖在聚合物基底上有石墨烯1的表面并施加一定压力；

步骤S1032：揭去聚合物基底，石墨烯1由聚合物基底表面转移至第一泡沫金属层2上并与第一泡沫金属层2嵌合连接。

由于第一泡沫金属层2具有多孔结构，石墨烯1在一定压力作用下能够嵌入到第一泡沫金属层2的多孔结构中并被压实于第一泡沫金属层2上，揭去聚合物基底后石墨烯1与第一泡沫金属层2结合为一体结构；第一泡沫金属层2的厚度也会在施加压力过程中变小，强化石墨烯1内部之间的接触，实现了对电极结构的强化，从而有效解决由于激光诱导方法制备的石墨烯内部结构蓬松，导致应用其的超级电容器内阻偏大的问题。

与石墨烯1嵌合连接之前，第一泡沫金属层2的厚度为1mm至5mm；与石墨烯2嵌合连接之后，第一泡沫金属层2与石墨烯1的厚度之和为0.05～0.5mm。

进一步地，步骤S104中，将第二泡沫金属层3覆盖在步骤(3)得到的嵌合连接有石墨烯1的第一泡沫金属层2表面上，并施加一定压力使第二泡沫金属层3与第一泡沫金属层2及石墨烯1嵌合连接在一起，即第二泡沫金属层3嵌合连接在石墨烯1与第一泡沫金属层2上，第二泡沫金属层3不仅能够进一步强化石墨烯1，而且避免石墨烯1从第一泡沫金属层2上脱落，提高整体电极牢固性，延长电极使用寿命。

可选地，电极中的第一泡沫金属层2采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金(如：泡沫镍铬铁合金、泡沫锌铜合金、泡沫镍铜合金、泡沫镍铬钨合金、泡沫镍铁合金)中的任意一种；电极中的第二泡沫金属层3采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金(如：泡沫镍铬铁合金、泡沫锌铜合金、泡沫镍铜合金、泡沫镍铬钨合金、泡沫镍铁合金)中的任意一种。电极中的第一泡沫金属层2和第二泡沫金属层3还可以采用除前述材料之外的其它的泡沫金属及其合金，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。

应当注意的是，第一泡沫金属层2采用的材料和第二泡沫金属层3采用的材料可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。

在步骤S103和步骤S104中，可以采用辊压的方式使第一泡沫金属层2、石墨烯1与第二泡沫金属层3嵌合连接，从而得到一体成型的电极(即本实用新型的实施例一中的电极)。

实施例四

采用实施例三中的制备方法制备得到的电极(即实施例一中的电极)与采用实施例四中的制备方法制备得到的电极(即实施例二中的电极)的不同之处在于，采用实施例四中的制备方法制备得到的电极还包括极耳，其中，极耳可包括伸出于电极之外的伸长部，伸长部上可设置有极耳胶。

如图1至4所示，本实用新型的实施例二中的电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤S201：制备石墨烯1；

步骤S202：根据预设长度和宽度，裁切泡沫金属得到第一泡沫金属层2和第二泡沫金属层3；

步骤S203：在第一泡沫金属层2上嵌合连接石墨烯1；

步骤S204：将第二泡沫金属层3覆盖在步骤(3)得到的嵌合连接有石墨烯1的第一泡沫金属层2表面上，并施加一定压力使石墨烯1与第二泡沫金属层3、第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3嵌合连接在一起。

步骤S205：在第一泡沫金属层2或第二泡沫金属层3表面设置极耳4。

进一步地，步骤S201具体包括如下步骤：

步骤S2011：清洗聚合物基底。可采用常规方法对聚合物基底进行清洗，例如：使用超声波清洗机对聚合物基底进行清理以便清除其表面的灰尘杂质等。其中，聚合物基底可以采用聚酰亚胺或聚醚酰亚胺等材料，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，在此不做赘述。

步骤S2012：将聚合物基底固定于激光器的激光扫描区域上进行激光诱导形成设置在聚合物基底上的石墨烯1。可选地，激光器的激光功率为2mW至10mW，激光器的扫描速度为1mm/s至5mm/s。

在步骤S202中，以矩形电极为例来说明本实用新型的实施例三中的电极的制作，当然，本领域技术人员还可以根据实际需要选择圆形电极、三角形电极，平行四边形电极、梯形电极等，此处不做限定。为了便于本实用新型的电极的制作，优选第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3具有相同的长度和宽度。

进一步地，在步骤S202中，预设长度和宽度可根据石墨烯1的长度a(a＞0)和宽度b(b＞0)来确定。优选地，预设长度可以是(a+1)毫米至(a+10)毫米，且更优选是(a+2)毫米；预设宽度可以是(b+1)毫米至(b+10)毫米，且更优选是(b+4)毫米。也就是说，第一泡沫金属层2和/或第二泡沫金属层3的长度和宽度可以根据石墨烯1的长度a(a＞0)和宽度b(b＞0)来确定，即第一泡沫金属层2的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；第二泡沫金属层3的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，优选是(a+2)毫米，其中a＞0；第一泡沫金属层2的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，优选是(b+4)毫米，其中b＞0；第二泡沫金属层3的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，优选是(b+4)毫米，其中b＞0。此种设置方式保证第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3边缘多出石墨烯1的部分在施加压力过程中可以充分嵌合，避免嵌合后整体电极开裂的问题，提高电极牢固性，延长电极使用寿命。

可选地，石墨烯1设置在与第一泡沫金属层2相应的三条边边缘距离各是1mm，而与另一条边的边缘距离是3mm的位置，留有3mm的边使得极耳有足够的设置空间。

进一步地，步骤S203具体包括如下步骤：

步骤S2031：将第一泡沫金属层2覆盖在聚合物基底上有石墨烯1的表面并施加一定压力；

步骤S2032：揭去聚合物基底，石墨烯1由聚合物基底表面转移至第一泡沫金属层2上并与第一泡沫金属层2嵌合连接。

由于第一泡沫金属层2具有多孔结构，石墨烯1在一定压力作用下能够嵌入到第一泡沫金属层2的多孔结构中并被压实于第一泡沫金属层2上，揭去聚合物基底后石墨烯1与第一泡沫金属层2结合为一体结构；第一泡沫金属层2的厚度也会在施加压力过程中变小，强化石墨烯1内部之间的接触，实现了对电极结构的强化，从而有效解决由于激光诱导方法制备的石墨烯内部结构蓬松，导致应用其的超级电容器内阻偏大的问题。

与石墨烯1嵌合连接之前，第一泡沫金属层2的厚度为1mm至5mm；与石墨烯2嵌合连接之后，第一泡沫金属层2与石墨烯1的厚度之和为0.05～0.5mm。

进一步地，步骤S104中，将第二泡沫金属层3覆盖在步骤(3)得到的嵌合连接有石墨烯1的第一泡沫金属层2表面上，并施加一定压力使第二泡沫金属层3与第一泡沫金属层2及石墨烯1嵌合连接在一起，即第二泡沫金属层3通过二次施加压力嵌合连接在石墨烯1与第一泡沫金属层2上，第二泡沫金属层3不仅能够进一步强化石墨烯1，而且避免石墨烯1从第一泡沫金属层2上脱落，提高整体电极牢固性，延长电极使用寿命。

可选地，电极中的第一泡沫金属层2采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金(如：泡沫镍铬铁合金、泡沫锌铜合金、泡沫镍铜合金、泡沫镍铬钨合金、泡沫镍铁合金)中的任意一种；电极中的第二泡沫金属层3采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金(如：泡沫镍铬铁合金、泡沫锌铜合金、泡沫镍铜合金、泡沫镍铬钨合金、泡沫镍铁合金)中的任意一种。电极中的第一泡沫金属层2和第二泡沫金属层3还可以采用除前述材料之外的其它的泡沫金属及其合金，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。

应当注意的是，第一泡沫金属层2采用的材料和第二泡沫金属层3采用的材料可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。

进一步地，在步骤S205中，极耳4可以通过焊接或压接的方式设置在第一泡沫金属层2或第二泡沫金属层3的表面。具体地，极耳4可以焊接于第一泡沫金属层2外侧表面上，并且焊接在距离石墨烯1边缘3mm的一端；或者，极耳4焊接于第二泡沫金属层3外侧表面上，并且焊接在距离石墨烯1边缘3mm的一端；或者，极耳4压接于第一泡沫金属层2与第二泡沫金属层3相对的任一表面上，并且压接在距离石墨烯1边缘3mm的一端。此外，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择其他设置方式，此处不作限定。

超级电容器

本实用新型还提供了一种超级电容器，该超级电容器包括本实用新型的电极(即本实用新型的实施例一和/或实施例二中的电极)。

具体地，本实用新型的超级电容器包括：正极、负极、隔膜、封装层和电解液；其中，正极和负极分别采用本实用新型的电极(即本实用新型的实施例一中的电极和/或实施例二中的电极)；隔膜，设置在正极与负极之间；封装层，用于密封包覆正极、负极和隔膜；电解液，填充在正极、负极、隔膜和封装层形成的空腔中。

其中，对于正极和负极的描述均可参照上述实施例一至实施例四中对本实用新型的电极的描述，此处不再赘述。

其中，隔膜的材料可以为无纺布隔膜、纤维素隔膜等，当然，本领域技术人员还可以根据实际需要选择其它隔膜材料，此处不作限定。

其中，封装层的材质为铝塑膜、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)和聚酰胺(PA)中的任意一种。

其中，电解液的体系可以为四氟硼酸四乙基铵-碳酸丙烯酯体系、四氟硼酸四乙基铵-乙氰体系、四氟硼酸甲基三乙基铵-乙氰体系、四氟硼酸甲基三乙基铵-碳酸丙烯酯体系、四氟硼酸甲基三乙基铵-乙氰+其它溶剂体系中的任意一种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不作限定。

超级电容器的制备方法

本实用新型还提供了一种超级电容器的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤S301：分别采用本实用新型的电极作为正极和负极，使正极和负极相对设置；

步骤S302：在正极和负极之间设置隔膜；

步骤S303：采用封装层封装正极、负极和隔膜；

步骤S304：在正极、负极、隔膜和封装层形成的空腔中填充电解液，以得到本实用新型的上述超级电容器。

应当注意的是，在采用本实用新型的实施例二中的电极作为正极和/或负极时，由于极耳不能够与封装层热压密封，因此，正极和负极中的极耳是通过设置在极耳的伸长部上的极耳胶与封装层进行热压密封的，以使封装层能够完全密封该超级电容器。

在本实用新型中，将石墨烯转移至泡沫金属层上强化了石墨烯间的接触，因此，当将该经过泡沫金属强化后的电极应用于超级电容器时，能够有效降低该超级电容器的内阻，并提高其功率性能。此外，本实用新型中的电极作为正极和/或负极应用于超级电容器时，不用区分电极正反面，组装更加方便。本实用新型的电极的制备方法，通过施加压力嵌合方式减小电极厚度，有利于制作柔性超级电容器。

示例

下面通过具体的示例来阐述本实用新型的方法的实施，本领域技术人员应当理解的是，这不应被理解为对本实用新型权利要求范围的限制。

示例1：石墨烯的制备

(1)使用超声波清洗机对聚酰亚胺基底进行清理以便清除其表面的灰尘杂质等。

(2)将聚酰亚胺基底粘到激光器的激光扫描区域上；然后将激光器的激光功率设置为8mW，激光器的扫描速度设置为3mm/s，进行激光诱导生成石墨烯，从而得到设置在基底表面上的石墨烯，石墨烯的尺寸为20mm×30mm。

示例2:电极

本示例中的电极包括层叠设置的第一泡沫金属层、石墨烯和第二泡沫金属层；第一泡沫金属层与石墨烯、石墨烯与第二泡沫金属层及第一泡沫金属层与第二泡沫金属层之间嵌合连接。其中，第一泡沫金属层和第二泡沫金属层分别采用尺寸是22mm×34mm的泡沫镍铬铁合金；示例1中制备得到的石墨烯通过施加压力方式从基底表面转移至第一泡沫金属层上。

本示例中的电极的制备方法如下：

(a)按照22mm×34mm的预设长度和宽度，裁切泡沫镍铬铁合金得到第一泡沫金属层和第二泡沫金属层。

(b)将示例1中制备得到的石墨烯设置在与第一泡沫金属层相应的三边边缘距离各是1mm，而与另一边的边缘距离是3mm的位置。

(c)采用对辊机将依次叠放的石墨烯和第一泡沫金属层辊压，揭去基底，完成石墨烯从基底表面转移至第一金属泡沫层上，本示例中，第一泡沫金属层2在嵌合之前厚度1.7mm，在嵌合后第一泡沫金属层2厚度为0.1mm。

(d)将第二泡沫金属层覆盖在有石墨烯的第一泡沫金属层表面上，使第一泡沫金属层和第二泡沫金属层的边缘对齐，并采用对辊机辊压成型。

示例3：电极

本示例中的电极包括层叠设置的第一泡沫金属层、石墨烯和第二泡沫金属层；第一泡沫金属层与石墨烯、石墨烯与第二泡沫金属层及第一泡沫金属层与第二泡沫金属层之间嵌合连接。其中，第一泡沫金属层和第二泡沫金属层分别采用尺寸是22mm×34mm的泡沫镍铬铁合金；示例1中制备得到的石墨烯通过施加压力方式从基底表面转移至第一泡沫金属层上；极耳采用铝条，尺寸是5mm×55mm，在距离一端(即伸长部的一端)10mm处设置有极耳胶。

本示例中的电极的制备方法如下：

(a)按照22mm×34mm的预设长度和宽度，裁切泡沫镍铬铁合金得到第一泡沫金属层和第二泡沫金属层。

(b)将示例1中制备得到的石墨烯设置在与第一泡沫金属层相应的三边边缘距离各是1mm，而与另一边的边缘距离是3mm。

(c)采用对辊机将依次叠放的石墨烯和第一泡沫金属层辊压，揭去基底，完成石墨烯从基底表面转移至第一金属泡沫层上，本示例中，第一泡沫金属层2在嵌合之前厚度2mm，在嵌合后第一泡沫金属层2厚度为0.5mm。

(d)将第二泡沫金属层覆盖在有石墨烯的第一泡沫金属层表面上，使第一泡沫金属层和第二泡沫金属层的边缘对齐，并采用对辊机辊压成型。

(e)在第二泡沫金属表面一端(与石墨烯边缘距离是3mm)设置极耳，得到本实用新型的实施例二中的电极。

示例4：超级电容器

本示例中的超级电容器包括：正极和负极，分别采用示例2中制备得到的电极；纤维素隔膜，设置在正极与负极之间；铝塑膜封装层，密封包覆正极、负极和隔膜；以及电解液，填充在正极、负极、隔膜和封装层形成的空腔中，采用四氟硼酸四乙基铵-碳酸丙烯酯体系。

本示例中的超级电容器的制备方法如下：

(1)将正极和负极相对设置。

(2)在正极和负极之间设置纤维素隔膜。

(3)采用铝塑膜封装层封装正极、负极和纤维素隔膜。

(4)在正极、负极、纤维素隔膜和铝塑膜封装层形成的空腔中填充电解液四氟硼酸四乙基铵-碳酸丙烯酯体系，从而得到应用本实用新型的实施例一中的电极的超级电容器。

示例5：超级电容器

示例5中的超级电容器与示例4中的超级电容器的结构和制备方法相同，区别仅在于：示例5中的超级电容器的正极和负极分别采用示例3中制备得到的电极，其它均与示例4中对超级电容器的制备方法的描述相同，此处不再赘述。

应当注意的是，在采用示例3中的电极作为正极和/或负极时，由于极耳不能够与封装层热压密封，因此，正极和负极中的极耳是通过设置在极耳的伸长部上的极耳胶与封装层进行热压密封的，以使封装层能够完全密封该超级电容器。

性能测试：

对示例4(即应用经过强化的电极的超级电容器)和现有技术中的石墨烯超级电容器(即应用未经过强化的电极的超级电容器)的性能进行测试。

采用电化学工作站进行性能测试，测试条件是：测试频率1KHz，负极电流(Cathodic i)0.001A，正极电流(Anodic i)0.001A，数据存储间隔(Data Interval)0.01s，最高电位(High E Limit)2.3V，最低电位(Low E Limit)0V，充放电超级电容器4mF，充电电流1mA，放电电流1mA。

通过测试发现，示例4中的超级电容器的内阻是0.375欧姆，现有技术中制作相同面积层数的石墨烯超级电容器的最小内阻是0.67欧姆，如图5所示，并且通过比较可以看出，经施加压力后将石墨烯转移至泡沫金属层进行强化之后，超级电容器的内阻得到显著的降低。此外，通过图6可知，超级电容器的充放电电流I为1mA，充电周期t约120s，充电电压U为2.3V，根据公式C＝It/U，可以计算出电容值约在52.17mF。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (16)

1.一种电极，其特征在于，包括层叠设置的第一泡沫金属层、石墨烯和第二泡沫金属层；其中，

所述石墨烯面积小于所述第一泡沫金属层面积及所述第二泡沫金属层面积；

所述第一泡沫金属层与所述石墨烯、所述石墨烯与所述第二泡沫金属层及所述第一泡沫金属层与所述第二泡沫金属层之间通过施加压力后嵌合连接。

2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述石墨烯采用激光诱导聚合物基底的方法制备得到。

3.根据权利要求2所述的电极，其特征在于，所述石墨烯通过施加压力后从所述聚合物基底表面转移至所述第一泡沫金属层上。

4.根据权利要求3所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层具有多孔结构，所述石墨烯嵌入所述第一泡沫金属层多孔结构中，并与所述第一泡沫金属层结合为一体结构。

5.根据权利要求2所述的电极，其特征在于，所述聚合物基底采用聚酰亚胺或聚醚酰亚胺。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电极，其特征在于，所述电极还包括极耳。

7.根据权利要求1至5任一项所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层的长度与所述石墨烯的长度a之间的关系是：所述第一泡沫金属层的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，其中a＞0；所述第二泡沫金属层的长度与所述石墨烯的长度a之间的关系是：所述第二泡沫金属层的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，其中a＞0；和/或，

所述第一泡沫金属层的宽度与所述石墨烯的宽度b之间的关系是：所述第一泡沫金属层的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，其中b＞0；所述第二泡沫金属层的宽度与所述石墨烯的宽度b之间的关系是：所述第二泡沫金属层的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，其中b＞0。

8.根据权利要求7所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层的长度与所述石墨烯的长度a之间的关系是：所述第一泡沫金属层的长度是(a+2)毫米，其中a＞0；所述第二泡沫金属层的长度与所述石墨烯的长度a之间的关系是：所述第二泡沫金属层的长度是(a+2)毫米，其中a＞0；和/或，

所述第一泡沫金属层的宽度与所述石墨烯的宽度b之间的关系是：所述第一泡沫金属层的宽度是(b+4)毫米，其中b＞0；所述第二泡沫金属层的宽度与所述石墨烯的宽度b之间的关系是：所述第二泡沫金属层的宽度是(b+4)毫米，其中b＞0。

9.根据权利要求6所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层的长度与所述石墨烯的长度a之间的关系是：所述第一泡沫金属层的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，其中a＞0；所述第二泡沫金属层的长度与所述石墨烯的长度a之间的关系是：所述第二泡沫金属层的长度是(a+1)毫米至(a+10)毫米，其中a＞0；和/或，

所述第一泡沫金属层的宽度与所述石墨烯的宽度b之间的关系是：所述第一泡沫金属层的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，其中b＞0；所述第二泡沫金属层的宽度与所述石墨烯的宽度b之间的关系是：所述第二泡沫金属层的宽度是(b+1)毫米至(b+10)毫米，其中b＞0。

10.根据权利要求9所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层的长度与所述石墨烯的长度a之间的关系是：所述第一泡沫金属层的长度是(a+2)毫米，其中a＞0；所述第二泡沫金属层的长度与所述石墨烯的长度a之间的关系是：所述第二泡沫金属层的长度是(a+2)毫米，其中a＞0；和/或，

所述第一泡沫金属层的宽度与所述石墨烯的宽度b之间的关系是：所述第一泡沫金属层的宽度是(b+4)毫米，其中b＞0；所述第二泡沫金属层的宽度与所述石墨烯的宽度b之间的关系是：所述第二泡沫金属层的宽度是(b+4)毫米，其中b＞0。

11.根据权利要求9所述的电极，其特征在于，所述石墨烯的三条边的边缘分别与所述第一泡沫金属层对应三条边的边缘的距离是1mm，所述石墨烯另一条边的边缘与所述第一泡沫金属层另一条边的边缘的距离是3mm。

12.根据权利要求1至5或8至11任一项所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金中的任意一种；

所述第二泡沫金属层采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金中的任意一种。

13.根据权利要求6所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金中的任意一种；

所述第二泡沫金属层采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金中的任意一种。

14.根据权利要求7所述的电极，其特征在于，所述第一泡沫金属层采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金中的任意一种；

所述第二泡沫金属层采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫钛、泡沫银、泡沫铁及其合金中的任意一种。

15.一种超级电容器，其特征在于，包括权利要求1至14任一项所述的电极。

16.根据权利要求15所述的超级电容器，其特征在于，包括：

正极；

负极；

隔膜，设置在所述正极与所述负极之间；

封装层，用于密封包覆所述正极、所述负极和所述隔膜；

电解液，填充在所述正极、所述负极、所述隔膜和所述封装层形成的空腔中；

其中，所述正极和所述负极分别采用权利要求1至14任一项所述的电极。